Der Forschungs-Röntgenlaser SwissFEL nutzt geballte Energie und bahnbrechende Technik, um extrem kurzlebige Vorgänge wie die Entstehung neuer Moleküle sichtbar zu machen. Weil dabei nur geringste Temperaturschwankungen auftreten dürfen, regelt eine hochpräzise Automationslösung der Firma Sauter die klimatischen Bedingungen im über 700 Meter langen Baukörper.
Im Oktober 2017 eröffnet das Paul Scherrer Institut (PSI) seine Freie-Elektronen-Röntgenlaser-Anlage SwissFEL im Kanton Aargau, etwa 30 Kilometer ausserhalb von Zürich. In der erst zweiten Einrichtung dieser Art weltweit werden Forscher Elektronen auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigen und das entstehende Röntgenlicht nutzen, um Einblick in die physikalischen Prozesse im Inneren von Molekülen zu gewinnen.
Um die Temperaturen im unterirdischen Strahlkanal äusserst präzise regeln zu können, benötigt das Schweizer Forschungsinstitut eine innovative und zuverlässige Gesamtlösung. In der Firma Sauter fand das PSI einen Partner mit dem umfassendem Know-how und den technischen Fähigkeiten, um nach einem erfolgreichen Pilotprojekt die integrierte Automationslösung komplett umzusetzen. Der Installation ging auch eine eingehende Risikoprüfung voraus, um die hohe Verfügbarkeit der Anlage durch entsprechende Redundanzen jederzeit sicherzustellen.
Hochpräzision im Strahlkanal
Um die hochbeschleunigten Elektronen durch den 630 Meter langen Strahlkanal der SwissFEL-Anlage sausen zu lassen, muss die neue Grossforschungsanlage viel Energie aufwenden. Rund 5 Megawatt sind nötig, um Elektronen mit Hilfe von Magneten auf die richtige Bahn zu zwingen. Dieselbe Energiemenge muss über Kühlsysteme wieder abgeführt werden. Ganz im Sinne des Forschungsschwerpunktes «Energie und Umwelt» nutzt das System die Abwärme der SwissFEL-Anlage zum Beheizen der Gebäude. Trotz der auftretenden Spitzenlasten bestehen höchste Anforderungen an die Stabilität des Raumklimas und des Kühlwassers. Für eine einwandfreie Funktion der Forschungsanlage dürfen die Temperaturen nie mehr als ±0,1 Kelvin schwanken. Damit bei jeder Aktivität ein konstantes Raumklima gewährleistet bleibt und die Anlage nicht überhitzt, setzt das PSI intelligente Kühlgeräte ein. Die installierten Temperaturfühler von Sauter mit einer Messgenauigkeit von bis zu 0,03 Kelvin dienen der präzisen Stabilisierung der Temperaturen im Strahlkanal.
Redundante Gesamtlösung
Für optimale Temperaturen und die gleichmässige Belüftung im Strahlkanal sorgt eine integrierte, ausfallsichere Automationslösung von SAUTER. Unter anderem läuft die Steuerung der redundant ausgeführten Kühl- und Heizsysteme zur Sicherheit über unabhängige Schaltschränke. Auch bei Störungen einzelner Zu- oder Abluftventilatoren bleibt eine ausreichende Belüftung stets gewährleistet, denn Back-up-Systeme übernehmen unverzüglich den Dienst. Selbst bei Ausfall einer Komponente müssen im Strahlkanal immer mindestens 3000 m3/h Luft durch die Anlage strömen.
114 modulare Automationsstationen der Systemfamilie SAUTER EY-modulo 5 sowie mehr als 600 Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsfühler sind nahtlos in das übergeordnete Managementsystem integriert. Um eine exakte Steuerung von Heizung, Kühlung und Lüftung im Kanal zu ermöglichen, sind alle Gewerke über ein Netz von 9000 Datenpunkten mittels BACnet/IP, Modbus RTU und M-Bus eingebunden. Die Bedienung des Gesamtsystems erfolgt über Bedienstationen, mobile Einheiten und fest installierte Panels mit Touchscreen in den Gebäudeautoamtionschaltschränken.
Ressourcen schonen
Von den Experimenten mit SwissFEL erhoffen sich die Forscher unter anderem ein besseres Verständnis chemischer Reaktionen, um industrielle Verfahren effizienter und damit kostengünstiger oder ressourcenschonender gestalten zu können. Um diese Ziele zu erreichen, verlassen sie sich auf moderne und intelligente Systeme – sowohl im Strahlkanal wie auch in der Gebäudeautomation.
Atomen und Molekülen auf der Spur
Das Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI) hat sich der Erforschung von Phänomenen der Natur- und Ingenieurwissenschaften verschrieben. Im Fokus stehen Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Das grösste Forschungsinstitut der Schweiz baut und betreibt mehrere Grossforschungsanlagen. Jährlich nutzen mehr als 2500 Wissenschaftler aus aller Welt die Anlagen des PSI für ihre Experimente.
Weitere Informationen:
www.psi.ch
www.sauter-building-control.ch
